水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘察

第二部分

工程地質(zhì)勘察柴波中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)hai1998@126.com

第四講巖土工程原位測(cè)試提綱一、概述二、土體原位測(cè)試三、巖體原位測(cè)試（一）原位測(cè)試的必要性為了取得工程設(shè)計(jì)所需要的反映地基巖土體物理、力學(xué)、水理性質(zhì)指標(biāo)，以及含水層參數(shù)等定量指標(biāo)。彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室小尺寸試件，不能完全確切地反映天然狀態(tài)下的巖土性質(zhì)的不足。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定巖土體在原位狀態(tài)下的力學(xué)性質(zhì)及其他指標(biāo)。一、概述（二）原位測(cè)試目的

1、在巖土體處于天然狀態(tài)下，利用原地切割的較大尺寸的試件進(jìn)行各種測(cè)試取得可靠的巖土體物理、力學(xué)、水理性質(zhì)指標(biāo)。

2、對(duì)于某些因無法采取原狀樣品進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的巖土體的測(cè)試。如：裂隙化巖石、液態(tài)粘性土（低液限粘土、淤泥）、砂礫。

3、完成或?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)無法測(cè)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如：地下洞室圍巖應(yīng)力、巖體裂隙的連通性、透水性、含水層的滲透性等。

4、為施工（基坑開挖、地基處理）提供可靠的數(shù)據(jù)。一、概述（三）原位測(cè)試的分類

1、巖土力學(xué)性質(zhì)的野外測(cè)定

（1）土體力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)載荷試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、靜、動(dòng)觸探試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)（2）巖體力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)巖體變形靜力法試驗(yàn)、聲波測(cè)試（動(dòng)力法）試驗(yàn)、巖體抗剪試驗(yàn)、點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)、回彈錘測(cè)試、便攜式弱面剪試驗(yàn)

2、巖體應(yīng)力測(cè)定

測(cè)定巖體天然應(yīng)力狀態(tài)下及工程開挖過程中應(yīng)力的變化。如：地下洞室開挖一、概述3、水文地質(zhì)試驗(yàn)鉆孔壓水試驗(yàn)（裂隙巖體）、抽水試驗(yàn)（中、強(qiáng)富水性含水層）、注水試驗(yàn)（干、松散透水層）、巖溶裂隙連通試驗(yàn)等。4、改善土、石性能的試驗(yàn)為地基改良和加固處理提供依據(jù)。如：灌漿試驗(yàn)、樁基試驗(yàn)等。一、概述二、土體原位測(cè)試（一）靜力載荷試驗(yàn)?zāi)M建筑物基礎(chǔ)工作條件的測(cè)試方法。保持土體天然狀態(tài)，采用承壓板逐級(jí)施加荷載，獲得應(yīng)力、變形曲線，測(cè)試承壓板寬度1.5~2.0倍深度范圍內(nèi)土層的應(yīng)力—應(yīng)變—時(shí)間關(guān)系的綜合性狀。成果可直接用于地基承載力設(shè)計(jì)。按試驗(yàn)深度分為：淺層和深層；按承壓板形狀分為：平板和螺旋板；按照用途分為：一般載荷試驗(yàn)和樁載荷試驗(yàn)；按荷載性質(zhì)分為：靜力和動(dòng)力載荷試驗(yàn)。二、土體原位測(cè)試1、儀器設(shè)備承壓板加荷裝備沉降觀測(cè)設(shè)備二、土體原位測(cè)試2、試驗(yàn)要點(diǎn)載荷試驗(yàn)在方形試坑中進(jìn)行，坑底寬度不小于承壓板寬度的3倍。保持測(cè)試時(shí)地基土的天然濕度和原狀結(jié)構(gòu)。設(shè)備安裝順序：坑底整平、安裝承壓板、安裝千斤頂、載荷臺(tái)架、反力構(gòu)架、安裝沉降觀測(cè)設(shè)備。分級(jí)加荷：第一級(jí)至卸荷土自重（包括試驗(yàn)設(shè)備），以后每級(jí)增加土層極限壓力的1/8~1/10。觀測(cè)每級(jí)荷載下的沉降。盡量能使最終荷載達(dá)到地基土極限承載力。如達(dá)不到極限荷載，則最大壓力達(dá)設(shè)計(jì)壓力兩倍或超過第一個(gè)拐點(diǎn)至少三級(jí)荷載。需要觀測(cè)卸荷回彈時(shí)，每級(jí)卸荷量為加荷量2倍。3、試驗(yàn)資料整理載荷試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)整理、制表，繪制壓力P和沉降量S關(guān)系曲線。

P-S曲線校正，原點(diǎn)歸零，找出界限點(diǎn)。曲線特征點(diǎn)確定：比例界限值、極限界限值。當(dāng)直線段不明顯時(shí)如何確定比例界線值？（1）某一級(jí)壓力沉降量大于前一級(jí)壓力沉降量2倍。（2）lgP-lgS或P-△S/△P曲線拐點(diǎn)。計(jì)算變形模量E0。二、土體原位測(cè)試地表時(shí)：地表以下：二、土體原位測(cè)試（二）靜力觸探試驗(yàn)將圓錐形探頭勻速壓入土中，測(cè)定錐頭阻力等參數(shù)。靜力觸探設(shè)備組成：觸探主機(jī)和反力裝備；測(cè)量與記錄顯示裝備；探頭；探桿。二、土體原位測(cè)試1、靜力觸探試驗(yàn)儀器設(shè)備觸探主機(jī)為液壓傳動(dòng)式的，反力裝置為自重式。二、土體原位測(cè)試1、靜力觸探試驗(yàn)儀器設(shè)備觸探主機(jī)為液壓傳動(dòng)式的，反力裝置為地錨式。二、土體原位測(cè)試1、靜力觸探試驗(yàn)儀器設(shè)備觸探主機(jī)為機(jī)械傳動(dòng)式的，反力裝置為地錨式。二、土體原位測(cè)試1、靜力觸探試驗(yàn)儀器設(shè)備二、土體原位測(cè)試1、靜力觸探試驗(yàn)儀器設(shè)備國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)探頭的規(guī)格：錐頭頂角60°、底面積10cm2、側(cè)壁摩擦筒面積150cm2、透水石在錐底二、土體原位測(cè)試1、靜力觸探試驗(yàn)儀器設(shè)備二、土體原位測(cè)試1、靜力觸探試驗(yàn)儀器設(shè)備二、土體原位測(cè)試2、靜力觸探試驗(yàn)要點(diǎn)率定探頭：求出地層阻力和儀表讀書之間的關(guān)系，在室內(nèi)進(jìn)行。新探頭或使用一個(gè)月后的探頭應(yīng)及時(shí)進(jìn)行率定。整平試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，固定試驗(yàn)主機(jī)，使探頭與地面垂直。電纜線穿入探桿，接通電路，調(diào)整好儀器。1~2cm/S勻速貫入，記錄讀書。當(dāng)測(cè)量孔隙水壓力消散時(shí)，在測(cè)量土層停留，記錄孔壓隨時(shí)間的變化。二、土體原位測(cè)試3、靜力觸探試驗(yàn)成果整理對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查與校正，如深度和零飄校正。按照《靜力觸探技術(shù)規(guī)則》TBJ37-93進(jìn)行。計(jì)算比貫入阻力ps、錐尖阻力qc、側(cè)壁摩擦力fs、摩阻比Fr及空隙水壓力U。分別繪制qc、fs、ps、Fr、U隨深度變化曲線。二、土體原位測(cè)試3、靜力觸探試驗(yàn)成果整理二、土體原位測(cè)試4、靜力觸探試驗(yàn)成果應(yīng)用（1）劃分土層及土類判別①將靜力觸探探頭阻力與深度曲線分段。②按臨界深度等概念判定各土層界面深度。③將每一層土的探頭阻力等參數(shù)進(jìn)行算術(shù)平均，用于界定土層類型。當(dāng)分層厚度大于1m，土質(zhì)均勻時(shí)，應(yīng)扣除上部滯后深度和下部超前深度范圍的觸探值。當(dāng)分層厚度不足1m的均勻土層，如為軟層，取最小值為層平均值；如為硬層取最大值上下各20cm范圍內(nèi)大值的平均值。分層曲線中遇特殊大值，應(yīng)剔除。單橋探頭

根據(jù)Ps，Ps大的一般為砂層，Ps小的一般為粘土層。雙橋探頭

在劃分土類時(shí)，以qc為主，結(jié)合fs（或FR），并在同一層內(nèi)的觸探參數(shù)值基本相近為原則。不同的土有不同的FR，砂類土FR通常小于或等于1，粘性土FR常大于2。常用的有以下幾種方法:二、土體原位測(cè)試二、土體原位測(cè)試4、靜力觸探試驗(yàn)成果應(yīng)用二、土體原位測(cè)試4、靜力觸探試驗(yàn)成果應(yīng)用二、土體原位測(cè)試4、靜力觸探試驗(yàn)成果應(yīng)用（1）求土層工程性質(zhì)指標(biāo)①判斷土的潮濕程度和液性指數(shù)。②

飽和土重力密度γsat。③土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

粘性土：二、土體原位測(cè)試二、土體原位測(cè)試4、靜力觸探試驗(yàn)成果應(yīng)用（1）求土層工程性質(zhì)指標(biāo)④求地基土基本承載力f0。⑤求土層壓縮模量Es與變形模量E0。⑥用孔壓觸探求飽和土層固結(jié)系數(shù)及滲透系數(shù)。固結(jié)系數(shù)：滲透系數(shù)：二、土體原位測(cè)試4、靜力觸探試驗(yàn)成果應(yīng)用（2）在樁基勘察中的應(yīng)用①確定單樁承載力。②確定樁端持力層層位、厚度和埋深。二、土體原位測(cè)試（三）動(dòng)力觸探試驗(yàn)利用錘擊動(dòng)能，將一定規(guī)格的探頭打入土中，根據(jù)每打入一定深度的錘擊數(shù)判定土的性質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備堅(jiān)固耐用；操作測(cè)試方法容易；適用范圍廣；快速、經(jīng)濟(jì)、能連續(xù)測(cè)試土層；有些動(dòng)力觸探可同時(shí)取樣觀察描述。動(dòng)力觸探分類：圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。二、土體原位測(cè)試二、土體原位測(cè)試1、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)（1）圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的儀器設(shè)備導(dǎo)向桿提引器穿心錘錘座探桿探頭二、土體原位測(cè)試1、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)（2）圓錐動(dòng)力觸探測(cè)試要點(diǎn)①輕型動(dòng)力觸探鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高以上0.30m，然后對(duì)所需試驗(yàn)土層連續(xù)進(jìn)行觸探。試驗(yàn)時(shí)，穿心錘落距為(0.5±0.02)m,自由下落，記錄每打入0.30m所需錘擊數(shù)（最初0.30m可不記）。遇堅(jiān)硬土層，當(dāng)貫入0.30m錘擊數(shù)大于100或貫入0.15m大于50擊，即可停止試驗(yàn)。本試驗(yàn)一般用于貫入深度小于4m土層，必要時(shí)，也可在貫入4m后，用鉆具清孔后繼續(xù)貫入2m。二、土體原位測(cè)試1、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)（2）圓錐動(dòng)力觸探測(cè)試要點(diǎn)②重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)前將觸探架安裝平穩(wěn)，使觸探保持鉛直，鉛直度最大偏差不超過2%，連接桿保持平直，連接牢固。貫入時(shí)，穿心錘自由落距（0.76±0.02）m。地面上觸探桿高度不宜過高，以免傾斜與擺動(dòng)過大。錘擊速率宜為15-30擊/min，貫入過程連續(xù)。記錄每貫入0.10m所需錘擊數(shù)，最初貫入的1m可不記。二、土體原位測(cè)試1、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)（2）圓錐動(dòng)力觸探測(cè)試要點(diǎn)②重型動(dòng)力觸探對(duì)于一般砂、圓礫和卵石，觸探深度不宜超過12-15m；超過該深度時(shí)，需考慮觸探桿的側(cè)壁摩阻的影響；每貫入0.1m所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過50擊時(shí)，即停止試驗(yàn)。二、土體原位測(cè)試1、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)（2）圓錐動(dòng)力觸探測(cè)試要點(diǎn)②重型動(dòng)力觸探對(duì)于一般砂、圓礫和卵石，觸探深度不宜超過12-15m；超過該深度時(shí)，需考慮觸探桿的側(cè)壁摩阻的影響；每貫入0.1m所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過50擊時(shí)，即停止試驗(yàn)。①實(shí)測(cè)擊數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析a.每層實(shí)測(cè)擊數(shù)的算術(shù)平均值。

x-腳標(biāo)代表錘重。

式中，

--Nx

的平均值；

Nx—實(shí)測(cè)錘擊數(shù)；

n——參加統(tǒng)計(jì)的測(cè)點(diǎn)數(shù)。對(duì)于輕型動(dòng)力觸探為每貫入30cm的錘擊數(shù)中型、重型為每貫入10cm的錘擊數(shù)分別為10，28，63.5，120等二、土體原位測(cè)試1、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)（3）測(cè)試數(shù)據(jù)處理中型動(dòng)力觸探桿長(zhǎng)修正系數(shù)探桿長(zhǎng)度l（m）

1234568101215

1.000.960.900.850.830.810.780.760.750.74②擊數(shù)的桿長(zhǎng)修正（對(duì)于中、重型動(dòng)力觸探）二、土體原位測(cè)試③繪制動(dòng)力觸探錘擊數(shù)與貫入深度關(guān)系曲線二、土體原位測(cè)試2、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（1）試驗(yàn)特點(diǎn)和設(shè)備探頭為空心圓柱形非連續(xù)貫入、不宜在碎石層中進(jìn)行，只宜用于粘性土、粉土和砂土中。每次貫入0.45m，只計(jì)貫入0.30m的錘擊數(shù)N。動(dòng)力設(shè)備要有鉆機(jī)配合標(biāo)貫穿心錘質(zhì)量：63.5Kg,自由落距76m。二、土體原位測(cè)試2、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（2）試驗(yàn)要點(diǎn)鉆孔至試驗(yàn)土層0.15m，清除殘土。當(dāng)試驗(yàn)位于地下水位以下，應(yīng)防治涌沙和塌孔。貫入器放入孔內(nèi)，保持貫入器、鉆桿、導(dǎo)向桿聯(lián)結(jié)后鉛直度。以15-30擊/min的頻率貫入，前0.15m不記錄；然后記錄每打入0.1m和打入0.3m的錘擊數(shù)。當(dāng)遇硬土層無法貫入，記錄50擊的貫入深度。提出貫入器，觀察、描述貫入器內(nèi)土樣。二、土體原位測(cè)試2、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

式中，N—土層標(biāo)貫錘擊數(shù)；

n—實(shí)際貫入深度的實(shí)測(cè)擊數(shù)；

s—實(shí)際貫入深度。（3）試驗(yàn)成果整理若土層不硬，已貫穿0.30m，則取0.30m的錘擊數(shù)N，如果土層很硬，完全貫入困難，則：（1）

劃分土類或土層剖面錘擊數(shù)越少，土的顆粒越細(xì)；錘擊數(shù)越多，土的顆粒越粗二、土體原位測(cè)試3、動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果的應(yīng)用（2）

確定地基土承載力二、土體原位測(cè)試3、動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果的應(yīng)用

N土類10153050中、粗砂180250340500粉、細(xì)砂140180250340砂土地基容許承載力（kPa）（標(biāo)貫法）粘性土、粉土地基承載力（中型動(dòng)力觸探）N28234681012fk(kPa)120150180240290350400二、土體原位測(cè)試（3）

求樁基承載力和確定樁基持力層二、土體原位測(cè)試3、動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果的應(yīng)用通過地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式樁基承載力；樁端持力層一般應(yīng)該選擇在N大于30擊的密實(shí)砂層。對(duì)于厚度小于2m的土層作為持力層，N63.5應(yīng)大于20擊，卵石土N120應(yīng)大于8擊。（4）

確定砂土密實(shí)度及液化性二、土體原位測(cè)試3、動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果的應(yīng)用地震烈度7度8度9度N0值近震區(qū)（基本烈度比震中小2度以上）61016遠(yuǎn)震區(qū)（基本烈度比震中小2度以內(nèi)）812——標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值N0二、土體原位測(cè)試（4）

砂土液化性（5）

確定粘土稠度及值二、土體原位測(cè)試3、動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果的應(yīng)用（四）旁壓試驗(yàn)旁壓測(cè)試（PMT:pressuremetertest）是利用鉆孔做的原位橫向載荷試驗(yàn)，是工程勘察中的一種常用原位測(cè)試技術(shù)。二、土體原位測(cè)試測(cè)試原理：通過旁壓器在豎直的孔內(nèi)加壓，使旁壓膜膨脹，并由旁壓膜將壓力傳給周圍土體，使土體產(chǎn)生變形直至破壞，并通過量測(cè)裝置測(cè)出施加的壓力和土體變形之間的關(guān)系，然后繪制應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線。根據(jù)這種關(guān)系對(duì)孔周所測(cè)土體的承載力、變形性質(zhì)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。優(yōu)點(diǎn)：可在不同深度上進(jìn)行測(cè)試，所求基本承載力精度高。缺點(diǎn)：受成孔質(zhì)量影響大，在軟土中測(cè)試精度不高。1、試驗(yàn)原理及特點(diǎn)二、土體原位測(cè)試2、旁壓測(cè)試的儀器設(shè)備分為兩類：預(yù)鉆式旁壓儀自鉆式旁壓儀預(yù)鉆式旁壓儀由4部分組成1.旁壓器2.壓力和體積控制箱3.管路系統(tǒng)4.成孔工具等二、土體原位測(cè)試旁壓器是旁壓儀中的最重要部件，由圓形金屬骨架和包在其外的橡皮膜組成。分為三個(gè)腔中間為主腔（測(cè)試腔）上、下為護(hù)腔二、土體原位測(cè)試（1）儀器校正（率定）

率定旁壓儀的目的是為了校正彈性膜和管路系統(tǒng)所引起的壓力損失或體積損失。分為旁壓器彈性膜約束和旁壓器綜合變形的率定。①?gòu)椥阅ぜs束力的率定

方法：旁壓器豎立于地面，讓彈性膜在自由膨脹狀態(tài)下率定，對(duì)彈性膜分級(jí)加壓，穩(wěn)定后讀取測(cè)管水位下降值。繪制P-V(S)曲線。3、試驗(yàn)步驟及要點(diǎn)二、土體原位測(cè)試

在壓力作用下，連接控制箱和旁壓器的管路會(huì)膨脹，造成測(cè)管中液體的體積損失，所以要進(jìn)行綜合變形的率定。 方法：將旁壓器放在無縫鋼管或有機(jī)玻璃管內(nèi)，使旁壓器的橫向變形受到約束，分級(jí)加壓，測(cè)量管路變形與壓力的關(guān)系。

求儀器綜合變形校正系數(shù)

②儀器綜合變形的率定二、土體原位測(cè)試（2）開孔至預(yù)定深度以下35cm處（3）把旁壓器放入孔中（4）測(cè)試

分級(jí)加壓，記錄測(cè)管中的水位下降值

注意加壓等級(jí)和變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)（5）終止試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)為：a.壓力達(dá)到儀器的最大額定值

b.測(cè)管水位下降值接近最大容許值（S35cm）3、試驗(yàn)步驟及要點(diǎn)二、土體原位測(cè)試4、數(shù)據(jù)處理（1）繪制彈性膜約束曲線和儀器綜合變形曲線（2）數(shù)據(jù)校正

把測(cè)試數(shù)據(jù)Pm,Sm校正為P,S二、土體原位測(cè)試二、土體原位測(cè)試（3）繪制旁壓測(cè)試曲線

曲線可以分為三部分：

①第一曲線段

②直線段

③尾段曲線段兩個(gè)特征點(diǎn)：PL，PfP0（靜止土壓力）二、土體原位測(cè)試（1）確定地基土的承載力（2）確定單樁的軸向承載力

旁壓器周圍的土體受的作用為剪切為主，與樁的作用機(jī)理相近5、測(cè)試成果應(yīng)用二、土體原位測(cè)試（3）確定地基土層旁壓模量

地基土層旁壓模量是反映土層中應(yīng)力和體積變形（可表達(dá)為應(yīng)變的形式）之間的關(guān)系的一個(gè)重要指標(biāo)，代表地基土水平方向的變形性質(zhì)。二、土體原位測(cè)試十字板剪切試驗(yàn)(FVST：fieldvanesheartest)是用插入軟粘土中的十字板頭，以一定的速率旋轉(zhuǎn)，測(cè)出土的抵抗力矩，然后換算成土的抗剪強(qiáng)度的一種測(cè)試方法。（五）十字板剪切試驗(yàn)二、土體原位測(cè)試

FVST主要用于測(cè)定飽水軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度。它具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)不用取樣，特別是對(duì)難以取樣的靈敏度高的粘性土，可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)基本上處于天然應(yīng)力狀態(tài)下的土層進(jìn)行扭剪。所求軟土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)比其他方法都可靠。(2)野外測(cè)試設(shè)備輕便，操作容易。(3)測(cè)試速度較快，效率高，成果整理簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是僅適用于江河湖海的沿岸地帶的軟土，適應(yīng)范圍有限，對(duì)硬塑粘性土和含有礫石雜物的土不宜采用，否則會(huì)損傷十字板頭。二、土體原位測(cè)試1、十字板剪切試驗(yàn)特點(diǎn)①壓入主機(jī)②十字板頭③扭力傳感器④量測(cè)扭力的儀表⑤施加扭力裝置⑥其它（探桿等）2、十字板剪切試驗(yàn)設(shè)備二、土體原位測(cè)試（１）扭力傳感器率定將板頭與傳感器連接，擰緊后，把板頭插入率定儀的規(guī)定座內(nèi)；逐級(jí)施加扭矩，并記錄儀表的讀數(shù)，直到傳感器的最大容許扭矩；繪制扭矩與讀數(shù)的關(guān)系曲線，確定傳感器的率定系數(shù)。３、測(cè)試要點(diǎn)二、土體原位測(cè)試（２）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試平整場(chǎng)地，安裝機(jī)架，并固定把板頭壓至測(cè)試深度卡住鉆桿，并調(diào)零轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，旋轉(zhuǎn)鉆桿，使板頭產(chǎn)生扭矩(每10秒使搖柄轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈測(cè)記應(yīng)變讀數(shù)一次。)測(cè)量扭矩直至峰值出現(xiàn)松動(dòng)鉆桿完全擾動(dòng)測(cè)試土體，重復(fù)2-5測(cè)量擾動(dòng)土的剪切強(qiáng)度。二、土體原位測(cè)試３、測(cè)試要點(diǎn)應(yīng)先將電纜穿過施加扭力裝置的中心孔，然后再穿入探桿；在扭剪前，應(yīng)讀取初始讀數(shù)或?qū)x器調(diào)零；勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手搖柄，搖柄每轉(zhuǎn)一圈，十字板頭旋轉(zhuǎn)一度。測(cè)試重塑土?xí)r，用扳手或管鉗快速將探桿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)6圈，使十字板頭周圍的土充分?jǐn)_動(dòng)后，立即擰緊鉆桿夾具二、土體原位測(cè)試３、測(cè)試要點(diǎn)（3）測(cè)試注意事項(xiàng)計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度

Cu二、土體原位測(cè)試4、測(cè)試成果的整理與應(yīng)用計(jì)算重塑土的抗剪強(qiáng)度Cu/計(jì)算土的靈敏度St二、土體原位測(cè)試?yán)L制抗剪強(qiáng)度與轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線繪制抗剪強(qiáng)度與深度的關(guān)系曲線二、土體原位測(cè)試估算地基容許承載力

對(duì)于內(nèi)摩擦角為零的飽和軟粘土，可以用下式估算地基容許承載力[R][R]=2Cu+

h

式中：

—基礎(chǔ)底面以上土的容重；

h—基礎(chǔ)埋深。預(yù)估單樁承載力

在飽和軟粘土中，單樁的極限端阻力qp和極限側(cè)摩阻力qf可由下式計(jì)算二、土體原位測(cè)試求軟粘土靈敏度

野外十字板剪切實(shí)驗(yàn)是確定軟粘土靈敏度的最可靠的方法其它

如確定地基土的強(qiáng)度二、土體原位測(cè)試（一）概述巖體原位測(cè)試是在現(xiàn)場(chǎng)制備試件模擬工程作用對(duì)巖體施加外荷載，進(jìn)而求取巖體力學(xué)參數(shù)的試驗(yàn)方法。巖體原位測(cè)試的最大優(yōu)點(diǎn)是盡可能地保持了巖體的天然結(jié)構(gòu)和環(huán)境狀態(tài)，使測(cè)出的巖體力學(xué)參數(shù)直觀、準(zhǔn)確；其缺點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)備笨重、操作復(fù)雜、工期長(zhǎng)、費(fèi)用高。原位測(cè)試的試件與工程巖體相比，其尺寸還是小得多，所測(cè)參數(shù)也只能代表一定范圍內(nèi)的巖體力學(xué)性質(zhì)。74三、巖體原位測(cè)試巖體原位測(cè)試一般應(yīng)遵循以下程序進(jìn)行：

(1)試驗(yàn)方案制訂和試驗(yàn)大綱編寫。

(2)試驗(yàn)。包括試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)及原始資料檢查、校核等項(xiàng)工作。

(3)試驗(yàn)資料整理與綜合分析。試驗(yàn)所取得的各種原始數(shù)據(jù)，需經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)、回歸分析等方法進(jìn)行處理，并且綜合各方面數(shù)據(jù)(如經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)估算數(shù)據(jù)及反算數(shù)據(jù)等)提出巖體力學(xué)計(jì)算參數(shù)的建議值，提交試驗(yàn)報(bào)告。三、巖體原位測(cè)試

(二)巖體變形試驗(yàn)巖體變形參數(shù)測(cè)試方法有靜力法和動(dòng)力法兩種：靜力法：在選定的巖體表面、槽壁或鉆孔壁面上施加一定的荷載，并測(cè)定其變形；然后繪制出壓力～變形曲線，計(jì)算巖體的變形參數(shù)。靜力法主要方法有承壓板法、狹縫法、鉆孔變形法及水壓法等；動(dòng)力法：用人工方法對(duì)巖體發(fā)射或激發(fā)彈性波，并測(cè)定彈性波在巖體中的傳播速度，然后通過一定的關(guān)系式求巖體的變形參數(shù)。據(jù)彈性波的激發(fā)方式不同，又分為聲波法和地震法。三、巖體原位測(cè)試1、承壓板法承壓板法又分為剛性承壓板法和柔性承壓板法，我國(guó)多采用剛性承壓板法。

圖1

剛性承壓板試驗(yàn)示意圖1-砂漿頂板;2-墊板;3-傳力柱;4-圓墊板;5-標(biāo)準(zhǔn)壓力表;6-液壓千斤頂;7-高壓管(接油泵);8-磁性表架;9-工字鋼梁;10-鋼板;11-剛性承壓板;12-標(biāo)點(diǎn);13-千分表;14-滾軸;15-混凝土支墩;16-木柱;17-油泵(接千斤頂);18-木墊;19-木梁三、巖體原位測(cè)試基本原理剛性承壓板法是通過剛性承壓板(其彈性模量大于巖體一個(gè)數(shù)量級(jí)以上)對(duì)半無限空間巖體表面施加壓力并量測(cè)各級(jí)壓力下巖體的變形；按彈性理論公式計(jì)算巖體變形參數(shù)的方法。該方法視巖體為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的半無限彈性體；根據(jù)布辛涅斯克(Boussinesq)公式，剛性承壓板下各點(diǎn)的垂直變形(W)可表示為：式中：A：承壓板面積；E0：巖體的變形模量；p：承壓板上單位面積壓力；μ：巖體的泊松比；m：與承壓板形狀、剛度有關(guān)的系數(shù)。783/12/2025三、巖體原位測(cè)試

通過現(xiàn)場(chǎng)靜力加卸荷，測(cè)定P—w曲線，取得巖體變形比例極限（P0）以內(nèi)的某一定壓力下的總變形量（w0）及彈性變形量（we）。然后計(jì)算E0、Es.w0=wp+wewp為永久變形（殘余變形），裂隙及充填物的變形。pw

wpwep0三、巖體原位測(cè)試試驗(yàn)點(diǎn)巖體地質(zhì)描述應(yīng)包括下列內(nèi)容：試段開挖和試點(diǎn)制備的方法及出現(xiàn)的情況；巖石名稱結(jié)構(gòu)及主要礦物成分；巖體結(jié)構(gòu)面的類型產(chǎn)狀寬度延伸性密度充填物性質(zhì)以及與受力方向的關(guān)系等；試段巖體風(fēng)化狀態(tài)及地下水情況；應(yīng)提供試段地質(zhì)展示圖試段地質(zhì)縱橫剖面圖試點(diǎn)地質(zhì)素描圖和試點(diǎn)中心鉆孔柱狀圖。三、巖體原位測(cè)試

試驗(yàn)方法①平面加荷法：承壓板法、狹縫法（液壓枕）②環(huán)形加荷法（水壓洞室試驗(yàn)）試驗(yàn)設(shè)備

①加壓系統(tǒng)：油壓千斤頂、液壓枕、圓形水壓室，油泵、高壓膠管

②傳力系統(tǒng)：承壓板（45#鋼，3cm厚）、墊板（A3

鋼，2-3cm）、傳力柱（厚壁鋼管）

③量測(cè)系統(tǒng)：壓力表、千分表、測(cè)表支架、測(cè)量標(biāo)點(diǎn)三、巖體原位測(cè)試試驗(yàn)要求

①試驗(yàn)一般在平硐中進(jìn)行（承壓板法、環(huán)形加壓法），狹縫法可在地面進(jìn)行。②試驗(yàn)最大荷載Pmax<P0（比例極限），Pmax=1.2P，其中

P為建筑物基礎(chǔ)底面設(shè)計(jì)壓力。

③試驗(yàn)荷載分級(jí)，Pi=(0.1-0.2)Pmax，等分取整。

④加卸荷方法與工程荷載作用于工程巖體的方式一致。

a、逐級(jí)一次循環(huán)加卸荷pw3/12/2025三、巖體原位測(cè)試

b、逐級(jí)多次循環(huán)加卸荷pwc、一級(jí)多次循環(huán)加卸荷pw⑤變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：

w/w5%w—相鄰兩次讀數(shù)差（10分鐘讀數(shù)一次）

w—同級(jí)壓力下第一次變形讀數(shù)和前一級(jí)壓力下最后一次變形讀數(shù)差三、巖體原位測(cè)試試驗(yàn)成果

①繪制p—w曲線

②平面加荷法的E0、Es計(jì)算843/12/2025式中：E0、Es—巖體變形模量、彈性模量（MPa）

P—按承壓板面積計(jì)算的壓力（MPa)D—承壓板直徑（cm）

—泊松比，w0總變形（cm），we彈性變形（cm）.三、巖體原位測(cè)試③環(huán)形法計(jì)算公式（用于深部巖體有壓洞室）a、E0=p(1+μ)r/yp—試洞內(nèi)水壓力（105Pa），r—半徑（cm），

y—試洞表面平均位移（cm）。b、巖石抗力系數(shù)為便于比較，單位抗力系數(shù)K0=E0/100(1+μ)意義：半徑為100厘米隧洞圍巖抗力系數(shù)（抵抗變形的能力）三、巖體原位測(cè)試2、狹縫法狹縫法又稱刻槽法。一般是在巷道或試驗(yàn)平硐底板或側(cè)壁巖面上進(jìn)行（圖2）。圖2狹縫法試驗(yàn)安裝示意圖1—液壓枕；2—槽壁；3—油管；4—測(cè)表支架；5—百分表(絕對(duì)測(cè)量)；6—磁性表架；7—測(cè)量標(biāo)點(diǎn)；8—砂漿；9—標(biāo)準(zhǔn)壓力表；10—百分表(相對(duì)測(cè)量)；11—油泵三、巖體原位測(cè)試873/12/2025優(yōu)點(diǎn)：是設(shè)備輕便、安裝較簡(jiǎn)單，對(duì)巖體擾動(dòng)小，能適應(yīng)于各種方向加壓，且適合于各類堅(jiān)硬完整巖體，是目前工程上經(jīng)常采用的方法之一。缺點(diǎn)：是假定條件與實(shí)際巖體有一定的出入，將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差較大，且隨測(cè)量位置不同而異。

三、巖體原位測(cè)試鉆孔變形法是利用鉆孔膨脹計(jì)或壓力計(jì)，對(duì)孔壁施加徑向水壓力(圖3)，測(cè)記各級(jí)壓力下的鉆孔徑向變形(U)。按彈性力學(xué)中厚壁筒理論，鉆孔徑向變形U為:式中：d—鉆孔直徑(cm);p—壓力(MPa)；其余符號(hào)意義同前。圖3鉆孔變形試驗(yàn)3、鉆孔變形法（簡(jiǎn)介）三、巖體原位測(cè)試?yán)蒙鲜娇汕蟮脦r體的變形模量。與承壓板法相比較，鉆孔變形法的優(yōu)缺點(diǎn)是：①對(duì)巖體擾動(dòng)?。虎诳梢栽诘叵滤灰韵潞洼^深的部位進(jìn)行；③試驗(yàn)方向基本不受限制，且試驗(yàn)壓力可以達(dá)到很大；④在一次試驗(yàn)中可以同時(shí)量測(cè)幾個(gè)不同方向的變形，便于研究巖體的各向異性；其主要缺點(diǎn)是試驗(yàn)涉及的巖體體積較小。該方法較適合于軟巖或半堅(jiān)硬巖體。三、巖體原位測(cè)試（三）巖體強(qiáng)度試驗(yàn)巖體強(qiáng)度是指巖體抵抗外力破壞的能力。強(qiáng)度參數(shù)是工程巖體破壞機(jī)理分析及穩(wěn)定性計(jì)算不可缺少的參數(shù)，目前主要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖體力學(xué)試驗(yàn)求得。原位巖體強(qiáng)度試驗(yàn)主要有直剪試驗(yàn)、單軸和三軸抗壓試驗(yàn)等。由于原位巖體試驗(yàn)考慮了巖體結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)面的影響，因此其試驗(yàn)成果較室內(nèi)巖塊試驗(yàn)更符合實(shí)際。三、巖體原位測(cè)試巖體強(qiáng)度包括壓縮強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度巖體的剪切強(qiáng)度是指巖體內(nèi)任一方向剪切面，在法向應(yīng)力作用下所能抵抗的最大剪應(yīng)力。剪切強(qiáng)度分為抗剪斷強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗切強(qiáng)度?？辜魯鄰?qiáng)度是指在任一法向應(yīng)力下，沿某一剪切面剪切破壞時(shí)巖體能抵抗的最大剪應(yīng)力?？辜魪?qiáng)度是指在任一法向應(yīng)力下，巖體沿已有破裂面剪切破壞時(shí)的最大應(yīng)力。抗切強(qiáng)度是指剪切面上的法向應(yīng)力為零時(shí)的抗剪斷強(qiáng)度。巖體的壓縮強(qiáng)度分為單軸抗壓強(qiáng)度和三軸壓縮強(qiáng)度。三、巖體原位測(cè)試1、直剪試驗(yàn)(1)基本原理與方法巖體原位直剪試驗(yàn)(圖1)通常包括巖體本身、巖體沿結(jié)構(gòu)面及巖體與混凝土接觸面的三種剪切。每種試驗(yàn)又可細(xì)分為抗剪斷試驗(yàn)、摩擦試驗(yàn)及抗切試驗(yàn)：抗剪斷試驗(yàn)是試件在一定法向應(yīng)力作用下沿某一剪切面剪切破壞的試驗(yàn)；摩擦試驗(yàn)是試件在一定法向應(yīng)力剪斷后沿剪切面繼續(xù)剪切的試驗(yàn)，求得剪切面的殘余剪切強(qiáng)度（抗剪強(qiáng)度）；抗切試驗(yàn)是法向應(yīng)力為零時(shí)試件沿某一剪切面破壞的試驗(yàn)。三、巖體原位測(cè)試圖1巖體本身抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)安裝示意圖三、巖體原位測(cè)試直剪試驗(yàn)一般在平硐中進(jìn)行，如在試坑或大口徑鉆孔內(nèi)進(jìn)行，則需設(shè)置反力裝置。圖2為常見的直剪試驗(yàn)布置方案：

圖2常見的直剪試驗(yàn)布置方案(a)、(b)、(c)平推法；(d)斜推法；(e)、(f)沿傾斜軟弱面剪切的楔形試體。三、巖體原位測(cè)試(2)試件制備與地質(zhì)描述

試件制備，要求如下：①同一組試件的地質(zhì)條件應(yīng)基本相同且盡可能不受開挖的擾動(dòng)；每組試件宜不少于5塊；每塊試件面積不小于2500cm2，最小邊長(zhǎng)不小于50cm，高度為最小邊長(zhǎng)的1/2，試件之間的距離應(yīng)大于最小邊長(zhǎng)的1.5倍；②試件各面需鑿平整；對(duì)裂隙巖體、軟弱巖體或結(jié)構(gòu)面試件應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土保護(hù)罩，罩底預(yù)留0.5～2cm的剪切縫；③對(duì)斜推法試件，在施加剪應(yīng)力的一面應(yīng)用混凝土澆注成斜面，也可在試件受剪力面放置一塊夾角約15°的楔形鋼墊板。953/12/2025三、巖體原位測(cè)試地質(zhì)描述。內(nèi)容與要求如下：①試驗(yàn)及開挖、試件制備的方法及其情況；②巖石類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及主要礦物成分；③巖體結(jié)構(gòu)面類型、產(chǎn)狀、寬度、延伸性、密度及充填物性質(zhì)等；④試驗(yàn)段巖體風(fēng)化程度及地下水情況；⑤應(yīng)提交的圖件為試驗(yàn)地段工程地質(zhì)圖及試體展示圖、照片等。三、巖體原位測(cè)試（3）資料整理①按下式計(jì)算各級(jí)荷載作用下剪切面上的應(yīng)力：P-法向荷載(N)Q-斜向荷載(N)A-剪切面面積(mm2)α-斜向荷載作用線與剪切面的夾角σ、τ-作用于剪切面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力(MPa)三、巖體原位測(cè)試①繪制各法向應(yīng)力下的剪應(yīng)力(τ)與剪位移關(guān)系曲線，根據(jù)曲線特征確定巖體的比例極限、屈服強(qiáng)度、峰值強(qiáng)度及殘余強(qiáng)度等參數(shù)。巖體由彈性變形階段進(jìn)入塑性變形階段的臨界應(yīng)力稱為巖體的屈服強(qiáng)度峰值強(qiáng)度屈服強(qiáng)度殘余強(qiáng)度三、巖體原位測(cè)試③繪制法向應(yīng)力與比例極限、屈服強(qiáng)度、峰值強(qiáng)度及殘余強(qiáng)度關(guān)系曲線，并按庫侖表達(dá)式確定相應(yīng)的c、φ

值。在工程巖體穩(wěn)定性分析中，可根據(jù)巖體性質(zhì)、工程特點(diǎn)，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行綜合分析，選取適當(dāng)?shù)膸r體抗剪強(qiáng)度參數(shù)。H-B準(zhǔn)則、GSI等方法計(jì)算巖體強(qiáng)度。三、巖體原位測(cè)試2、三軸試驗(yàn)(1)基本原理原位巖體三軸試驗(yàn)（圖3）一般是在平硐中進(jìn)行的。根據(jù)莫爾理論求巖體的抗壓強(qiáng)度及E0、μ等參數(shù)。試驗(yàn)分為等圍壓(σ1＞σ2=σ3)三軸試驗(yàn)和真三軸(σ1＞σ2＞σ3)試驗(yàn)兩種，可根據(jù)實(shí)際情況選用。為了確定圍壓和軸向壓力的大小和加荷方式，試驗(yàn)前應(yīng)了解巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)及工程荷載情況。圖3野外原位三軸試驗(yàn)方案三、巖體原位測(cè)試(2)試件制備、地質(zhì)描述與資料整理①試件制備。在選定的試驗(yàn)部位，切割出立方體或方柱形試件，一面與巖體相連，試件的最小邊長(zhǎng)應(yīng)不小于30cm，每組5塊。同一組試件的地質(zhì)條件應(yīng)基本相同且盡可能不受開挖擾動(dòng)。②地質(zhì)描述。同直剪試驗(yàn)。③成果整理包括：a.在τ-σ坐標(biāo)系中繪制極限應(yīng)力圓包絡(luò)線，并求出c、φ值；b.繪制(σ1-σ3)-ε曲線，求出E0、μ。三、巖體原位測(cè)試（四）

巖體應(yīng)力測(cè)試巖體應(yīng)力主要靠實(shí)測(cè)求得，特別是構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈及地形起伏復(fù)雜的地區(qū)，自重應(yīng)力理論將無力解決巖體應(yīng)力問題。巖體應(yīng)力不能直接測(cè)得，只能通過量測(cè)應(yīng)力變化而引起的諸如位移、應(yīng)變等物理量的